SU1343925A1 - Устройство дл контрол технического состо ни труб обсадных колонн - Google Patents

Description

1.4

И кчПре рпие относитс  к устройст- nafi дл  исследовани  состо ни  труб обсадных колонн нефт ных и газовых скважин.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  износа и профил  внутренней поверхности труб обсадных колонн.

На фиг. 1 дана упрощенна  конст- рукци  скважинного прибора в разрезе на фиг. 2 - изображена блок-схема устройства;на фиг. 3. - вид скважинного прибора в сечении, перпендикул рном оси трубы, и положение преоб- раэовател  относительно зоны износа на фиг. А - вид преобразовател  в осевом сечении трубы и положение его относительно контролируемой поверхности . .

Устройство дл  контрол  технического состо ни  труб обсадных колонн состоит из скважинного прибора и нлдземнор1 аппаратуры.

В скважиином приборе 1 установлен бескочтактный преобразователь,состо  ший и . Ш-образного магнитопровода 2 с цементами 3,4,5, средний элемент 4 Jirroporo установлен асимметрично относительно его крайних элементов 3 и 5, которые выполнены разной длины VI короче среднего элемента 4, по- наконечников 6-8, длина 1 которых по оси скважинного прибора больше эазора h между торцами труб обсадных колонн в муфтовом соединении , но меньше зазора 3h,намагничивающей катушки 9, размещенной на среднем элементе 4 магнитопровода 2, измерительной катушки, выполненно из двух частей 10 и 11. размещенных на крайних элементах 3 и 5 магнитопровода 2, ра ница между длинами которых равна разнице между длинами участков магнитопровода 2, а также разнице между длинами крайних элементов 3 и 5 магнитопровода 2 относительно его среднего элемента 4.

Бесконтактный электромагнитный преобразователь установлен с помощью кронштейна 12 на втулке 13,вращающейс  вокруг оси скважинного прибора с помоги.ю электропривода, содержащего импульсный электродви- гатель 14, шестерни 15 - 18, вал 19.

Электрод аи - тель 14 удален от преобразовател  во избежание электромагнитных помех.

Выходной сиг нал нр1Ч)б)ааовател  через систему токосъемников 20 и контактные кольца 21 передаетс  по кабелю 22 каротажнот о подъемника 23 проход щему через ролик 24 блок-баланса к наземной аппаратуре состо щей из блока 25 обработки информации регистраторов 26 и. 27,источника 28 переменного тока стабильной амплитуды , к которому подключена намагничивающа  катуп1ка 9.

С помощью центраторов скважин- ный прибор I предварительно центрируетс  в исследуемой колонне 30 с образованием кольцевого зазора 31 между корпусом 32 скважинного прибора 1 и внутренней поверхностью исследуемой колонны 30 труб, свинчиваемых с помощью муфты 33.

В участках колонны 30, имеющих желобной износ 34, рассто ние х (зазор 35) между рабочей поверхностью полюсного наконечника 7 и внутренней поверхностью труб измен етс  в функции угла поворота датчика,что приводит к изменению его выходного сигнала.

Устройство работает следующим образом .

Скважинный прибор 1, предварительно отцентрированный с помощью центраторов 29 в исследуемой колонне 30, перемещаетс  вдоль ее оси на каротажном кабеле 22 с помощью каротажного подъемника 23 и ролика 24 блок-баланса (см. фиг. 2).

Движение диаграммной ленты в ре гистраторе 26 синхронизировано с движением скважинного прибора по колонне труб. При этом определ етс  распределение зон износа в обсадной колонне в функдии глубины. При подъеме скважинного прибора проводитс  детальное обследование обсадной колонны в интересующих интервалах . Дл  этого скважинный прибор останавливают в изношенных участках, и на регистраторе 27, синхронно с вращением датчика, записываетс  кругова  диаграмма поперечного профил , котора  интерпретируетс  дл  определени  износа, профил  внутренней поверхности и их распределени  по периметру труб.Однако ,как указывалось выше,вьЬсодной синал электромагнитного преобразовател  измен етс  не только в функции рассто ни  до исследуемой поверх 1

мости труб, но и угла наклона последней относительно рабочей иоверх- ности элементов магнитопронода преобразовател , т.к. зона электромат - иитног о взаимодействи  преобразовател  с обсадной колонной определ етс  проекцией рабочей поверхности элементов магнитопровода на внутрен- Hioid поверхность исследуомых труб. Это иллюстрируетс  фиг. 3, где покачаны три положен1-   датчика oтftocи- тсльно зоны 34 износа, которые он последовательно (в маправлении,указанном стрелкой) занимает при скани- рованиа внутренней поверхности исследуемого участка обсадной колонны 30. Наилучшие услови  контрол  обеспечиваютс  в первом положении преобразовател  на чеизношенном участке (в зоне А) ив зоне максим льного износа, т.е. в этих случз х рабочие поверхности элементов магкитопровода проектируютс  па исследуемую поверхность труб в натуральную величи- ну. При входе датчика в зону износа (зона В),а также в любом другом положении (например, в зоне С) это ус- псвие не ВЫПОЛИЯРТСЯ,

Таким образом, при контроле изно- шенного участка труб обсадных колонн зона электромагнитно1 о взаимодействи  преобрпзовател  не посто нна, что приводит к погрешности . Следуе также отметить,что в обслдной колонне положение скважиннох-п прибс ра в процесе исследований  вл етс  спучайным, так как износ ее может иметь сложную форму и отцентрировать скважинный прибор в ней оказываетс  невозможным. Эксцентриситет может достигать полной величит ы зазора 31, которьгй по геофизическим нормал м должеп быть не менее 10 мм. Все это значительно снижает точность определени  харак- теристик дефектных участков обсадных колонн (реального профил  и износа их по периметру) а поэтому повторные измерени , проведенные в одной и той же обсадной колонне, дают дпу- гой результат,что не позвол ет оценить ее остаточную прочность.

Повысить точность определени  износа и реального профил  внутренней поверхности труб обсадных колонн оказываетс  возможным за счет исключени  непосто нства угла наклона рабочей поверхности злементов магнитопровода относительно исследуемой

1

riOBOpXMOCTIi Т1. П I y-U llMMfMIMH 1 11 Яни  д))угих ;irt Taf4nmi ) iji;rT4-- ров .

KpoNU Tcro, уменьпк Hnin локтрп- маг нитных иаисдок на прро pa оптсг и габаритов пкнажиниого приГтра способствует испол1)3оиаи11е Р плрктро- приводс niaroHoi-o (импульс ней о) Д1 и- гатрл .

На фиг . 4 пригч: .1 и ни/i iiiifu рлто- лател  Р осевом гч чечии трп- Пы и rio ложении его отиоситсльио когП p -;iMpy eMof i iiniuipxiioc rH,

I Намагничи1 а;1нца  KriryuiKa Ч, p.c- положеинл  ia средцр ( ЭЛС-МРНТР M,ir- нитппровода 4, с.  дает гмт иитиьи поток Ф , который делитьс  на дь-э час ги ф и Ф . Магпитнмп поток

ф чамыкаетс  по пути: сррдниГ элемент магнитопровод.а 4 - подюсгь н наконечник 7 - зазор 35 (X) - ИССЛР- ;.;У(МЫЙ участок обсадной колонны 30 - зазор А + о - полюсный наконечник 6 - крайний злемснт магнитопровода 3 - магнитопронод 2 - средний элемент магнитопропода 4.

агнитный ПОТО1С Ф,, заьп-жартг  по пути: средний элемент магнитопроло- да 4 - полюсный,наконечник 7 - тачор 35 (X) - исслед емый участок ор-слд- ной колонны 30 - зазор X 4 - по- люсньш наконечник 8 - крайний элемент магнитопровода 5 - магнито- провод 2- средний элеменп магнитопровода 4.

Перес ка  витки измерительных катушек 10 и 11, магнитные потоки Ф .и (2 соответственно навод т в них ЗДС Е,д и Е , Величины которых определ ютс  выражени ми:

;i.

Е,о w-W,. Ф, ы

W

I J R

f «1

EI, u).W,

Ф, Ы W ,, де ш - частота тока намагничнлаки ; W,, иУ - число витков катушек 10

и 11 соответственно; ф иФ -магнитные потоки, замыкающиес  через крайние ЧЛР- менты магнитопроподл и 5 катушек 10 и 11 moTFicT ственно;

DA 3925

П - намагиичиппкчща  сила катушки 9.

Н I, W,,g

1ц - ток,протекающий через катушку 9; W, - число йитков катушки 9;

и R магнитные сопро1ивлени  потокам Ф и ф, соответ г

ственно.

Пренебрега  (из-за наличи  большого немагнитного зазора 35) магнитным сопротивлением элементов магнито провода 3-5, полюсных наконечников 6-8, исследуемого участка обсадной колонны 30, магнитопровода 2 и магнитными потоками рассеивани , т.е. потоками, замыкаюпщмис  в направлени х , отличных от радиального, магнитные сопротивлени  R,,. иН,

Ml

можно пьтразить через зазоры 35

t/1, и c/j следующим образом (см. фиг. О:

fx),

2 Х + (1

o FO

Ml

2.x +с/г o F/

р и

- магнитна  проницаемость и сечение немагнитного зазора в зоне контрол  соответственно.

В первом прибл1шении, без учета магнитных полей рассеивани , сечение Fji немагнитного зазора X равно проекции рабочей поверхности концентратора магнитного потока на контролируемую поверхность труб обсадной колонны.Тогда

10 - W o-it-T7, - io-lH W,.

cFo

(о -,

II ч 9

to W,, 7777 -.-г

Ly w

IX +е«1 MO о

ю W,, -IH-WJ,

F о о 2Х - ci i

Вч в oTHuiiieiiMP , полутом: и

Ег)- W

10 о

9 о 0 гуТХ

f ZX+c/,

to- W,,- 1,-Wq- .. Г„ (

1

0 ,

10

w,o

W, 2X d-,

При W выражение еще больше упрощаетс :

, Отсюда

2Х fi 2Х -t- сУ,

20

Е,- (2Х 4 сИ, ) Е,. (2Х 4-г/ г)

или

S

5

0

5

0

5

X

-L 4Ем - А Е«о 2 Е,в - Е„

В последнем выражении дл  X (рассто ни  до стенки колонны) отсутствуют частота тока намагничивани , 0 его величина, магнитна  проницаемость и площадь (сечение) зазора X в зоне Контрол , котора  определ етс  проекцией рабочей поверхности полюсных наконечников на стенку колонны .

Таким образом, оказываетс  возможным исключить вли ние дестабилизирующих факторов, вызывающих иэмененйа указанных выше параметров, и повысить точность определени  износа и профил  обсадных колонн, т.е. Достичь поставленней цели.

Полюсные наконечники,установленные на элементах мaгниtoпpbвoдa, идентичны. Они позвол ют снизить магнитные потоки рассеивани , . т.е. потоки, замыкающиес  в направлени хi отличных, от радиального и ненесущие информации о рассто нии X до исследуемой поверхности обсадной колонны. Это также способствует сужению зоны исследовани  в горизонтальной плоскости и вследствие этого - увеличению разрешающей способности преобразовател .

Скважинна  телеметрическа  система дл  измерени  износа и профил  внутренней поверхности труб обсадных колонн может быть построена из

( гл11л; ртных yijiiiH ц Г шжш цег(;о1И1ой техники ,

Например, подама  выходпмс ги налы с обмоток W и W пргиГ рачовате- л  по каротажному каРе ю на аналого-цифровые преоПразонатрли и далее, в вычислительное устройство дл  Их обработки согласно выражению

0 1 1

- R,

можно непосредстпинио на буронпй иметь данные об износе и peaльF().ч профиле внутренней поверхности труб обсадных КОЛОТИ с вынодом ifx на цифропсчатающес устроГи-тло и графопостроитель .

Скважиинп  аппаратура может F) этом cjiVMae состо ть лтмнь ит датчика и электропривода дл  осанирова- ии  по периметру внутрс:ннеи пг нсрх- ности исследуемых труб обсадных колонн .

Следует также отметить, что исклм1- чение из скважинного прибора акши- ных элементов (транзистс ров, мик.() схем и т.д.) позвол ет пошлеть его надежност, TeNitiepaTypHVKT стабильность , верхнее значение диапазона рабочих температур, что  вл отс-  в насто щее врем  весьма актуальной задачей в св зи с уве.чичением объема глубинного бурени .

Подключение опчотки намагнпчиьа- ни  к источнику переменного тока, а не напр жени , необходимо дл  обеспечени  посто нства иагнптодБи.кущей силы обмотки возбужд нин.

В этом случае изменени  активного сопротивлени  обмотки намагничивани  из-за изменемии температуры и ее индуктивного сопротиилсю  , обусловленного изменением рассто ни  между преобразователем и контрол1фуемой трубой, не привод т к изменению протекающего через нее тока, магнитодвижущей силы и чувствительности преобразовател . Использование в-электроде импульсного дйигател  (шагового ) способствует увеличению помехозащищенности преобразовател . При этом движение преобразовател  вокруг оси скважинного прибора ос тдествл - етс  в момент подачи инпупьсов, а измерени  провод тс  в паузах межл.у ними.

0

,,,а

( л( мь1Й тг.чимко Ж чп iir-cr inn i

4( ИС IlfUlblnfainin И ( ГчрсТ( Ц п 

может быть получен зл гчсп наибплео точной информации c,ir угпини JIP - фрктн|,1х участков ipyf an i .ix колонн и оил нки НУ. огтточ1:(Ч1 прочности , что ПОЧНОЛЧРТ Пре ГНОЧИ11ОРЯТ1,

аварийные ситуации на данном мастоРОЖПГ НИН 1 ги ИЧИМЛ Ь I :V Ч С-Н ИНЫР

, исключакчЦм ncipj ff.r ггч оОгад- ньгх колонн.

Формула

н и  

Ь

5

и

5

0

5

Claims (2)

1.Устройство дл  кон rpc.jiH тсхни- ческог о иосто ип  труб :; бспдньгх колонн , содег ЧЩее кориу с (иткснтакт- ным электрома HHTiibU i ,ра;1оазте- .чем в виде ма1чп то1ф Чнг,лп с полюсными наконгчни сами, г измерительно и намагничивающей , )1ентра- торы п элек- ропринод, соелин юпап. преобразователь с назе мной аппаратурой , о т л и ч а ю m с « с   тем, что,с целью гюньга1е) точности опрг- делен   износа и профил  Tuwrpputieft П1М ерхности труб o6ca;i, ьопонн,маг- нитогиювод выпопнен 1-оГ Г1:1чньп-,сред- нш элемент его устачо л н artibrMCT- {тично относительно ет- . крайних элементов , которые н свою очеред). выполнены разной длины V. короче сред- не г о элемента магнит1 проппда, тг5ме- рительна  катушка выпопиона из частей , размещенных на край.мих элемен .тах магнитопровода, а рлшпца ме кду длинами участков магнитопровод.ч рап- на разнице мсжлу длинами еiv крайних элементов относительно среднего, а также разнице ме:зду длинами крайних элементов магнитоп 5оноп,л , причем на- магничивающа  катушка размещена нл среднем элементе магните1 110Рода и подключена к источнику теремснцого тока стаб1шьной амплитуды.

2.Устройстйо по п. 1, о т л и- чающеесч тем,что, с целью уменьшени  помех при прохотлении преобразовател  в зоне муф-оньгх соединений труб, длина ;олюсных наконечников по оси скважинного приГч рл виР- р.ана в соответствии с гсотнс ии иием

h «; U Ь

где 1 - ДЛИНА полюгн i;x илконечичков по оси пр чл011л:п1и5тел ; h - зазор между торп мч труб

обсаднь;х KOI;-OHH т муфтоном соедине)пп1.

; j. j ((); ,I 0

II i .iT ctpu I ми гкилжииного прнборл , члек- I lniiJiifiiij; tihiiiMjiiirii и пидр импуль- I lii I I чсктродииг ателп .

9

I.

.

, 1чi ,4

t- X , / -. /T ,

1, , . / ,, .,L: - ,..) , P - ГТГГ 5ТП1Т: ,(-;

,Hiiii b;iUi:ipl ,,

,:-::-ч;;- -:Г i/. x , .-4 : ;-. .

xl jd

Vr.-,

, /x , , -4- Vi -- j 1

шшш

Редактор Г , l-i- м, ;. п

(;o(:i аыпч пь Г.М н лова Сг.чро  : .,Цид : ККорректор А.Т ско

. Н И1Тираж .у.

/ifiSi .Mi - i . ii -, п,- |Н тпениогг1 омитста СССР

:; iu;;i r(,ri)t: rfMiHii и OTKpi.iTi M It s ,,fui, )K- l ;, -уии:1--а  iiai . , n, 4/5

Прои ) iii,). r ( :uiv- ii(i;iii: гафическси круд риит nv, г. Ув1 ор -1л, ул.. Проектнпл , Д

,c

s

-л

Pr. (

-

Подписное